用于医学图像扫描和图像引导定位的运动机器人遥控中心制造技术

本发明专利技术涉及用于医学图像扫描和图像引导定位的运动机器人遥控中心，其在下文中被称为“欧拉”机器人。欧拉机器人允许用于3维（3D）图像重建的超声扫描并实现各种机器人辅助图像引导过程，例如针吸活组织检查、经由皮肤疗法给予、图像引导导航，并便于与其它成像方式的图像融合。欧拉机器人也可与其它手持医学成像探头——例如用于核成像或用于诸如高强度聚焦超声（HIFU）的疗法的定向给予的伽马摄像机——一起使用。3D超声探头也可与欧拉机器人一起使用来提供用于活组织检查或疗法给予的基于自动图像的定位。此外，欧拉机器人支持应用特殊的基于运动的成像方式，例如超声弹性成像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于医学图像扫描的运动机器人遥控中心。更具体地，本专利技术涉及用于医学图像扫描和图像引导定位的运动机器人遥控中心。
技术介绍
前列腺癌是美国男子中最常见形式的癌症。与其它癌症一样，早期诊断和治疗对疾病的临床管理和对维持患者寿命的质量并增加预期寿命是关键的。为促进这些目的，先进的成像技术被发展来提高医师准确地探测和在临床上展示相关的细胞变化并给予治疗的能力。超声弹性成像是有改进癌症探测的潜力的新兴成像方式。支持弹性成像的原理是，不同的组织在应力下展示不同的应变分布。如果使用超声探头引起(激发)应力，则图像可用于可视化因而产生的应变模式。在压缩和回缩运动期间，图像的保持相对未压缩的区揭露了可能与癌症瘤相关的较高硬度的区。弹性成像目前涉及徒手探头运动以引起应力。因此，探头的重复的压缩和回缩的均匀性对优化弹性成像的可靠性是关键的。医师一般通过执行 数字直肠检查并测量血液中的前列腺特异抗原(PSA)的水平来筛选前列腺癌。在升高的PSA水平的异常直肠检查或发现之后，医师通过进行前列腺的活组织检查来确认病理组织的存在。前列腺活组织检查可经直肠(TR)(在此期间活组织检查针头穿过直肠壁插入)或经由经会阴(TP)路线(由此，医师将针头经由皮肤插入阴囊和肛门之间的区域中)来执行。在任一情况下，基于医师经验来确定适当的针头插入部位，且该过程通过经直肠超声波检查术或另一成像技术来弓I导。多种治疗方法可用于活组织检查结果显示前列腺内的异常组织变化的患者。几十年来，对低和中等风险的前列腺癌的确定性治疗是根治性前列腺切除术或外束辐射疗法。更近一些，从业者成功地使用近距离放射疗法来实现等效的结果。近距离放射疗法占前列腺癌治疗的相当大和增长的比例，因为它在患者外背景中以最小的侵袭性被给予。近距离放射疗法涉及将多个“放射性”种子暂时(高剂量率(HDR)近距离放射疗法)或永久地(低剂量率(LDR)近距离放射疗法)插入前列腺中。近距离放射疗法如经直肠和经会阴活组织检查，需要多次刺穿来得到多个组织核心。经会阴活组织检查常常执行使用近距离放射疗法映射模板来便于癌组织的定位并引导未来的活组织检查。近距离放射疗法和活组织检查都一般由二维(2D)经直肠超声波(TRUS)引导。虽然2D TRUS提供软组织解剖的足够成像，它不允许活组织检查针头或植入性近距离放射疗法种子的定位或精确放置。前列腺癌的另一可用的治疗选择是腹腔镜根治性前列腺切除术(LRP)。在前列腺切除术期间，包含肿瘤的前列腺的精确切除术和相邻解剖结构的保存对防止肿瘤复发和失禁以及维持性交能力是关键的。然而，由于前列腺周结缔组织和手术中的出血，与前列腺相邻的解剖结构的可视化可能是挑战性的，即使部位在开腹手术期间使用外科手术放大镜或在腹腔镜放大下被观看时也可能是挑战性的。为了解决这个问题，外科医生在LRP期间使用TRUS，并发现TRUS图像可提供阳性手术切缘的降低的速率，并可帮助保存邻近的结构。然而，使用TRUS引导LRP提出了几个挑战。首先，TRUS探头常常被手动地操作；因此，图像稳定性被损害，且3D计算所需的探头位置数据也失去了。此外，TRUS系统太大而不能与高级机器人辅助最小侵入外科手术系统合作来使用，其中在外科机器人和患者之间的空间太有限而不能容纳用于操作TRUS系统的辅助人员。最近出现了用于TRUS探头跟踪和针头干预的机器人系统。虽然这些系统提高了图像稳定性并允许操作员跟踪探头位置，但这些系统一般使用外部光学或电磁跟踪系统，其缺乏获得均匀的图像或数字地锁定轨迹所需的自动运动能力。一些机器人系统的另一限制是它们通常处理针头而不是探头，并被建立用于经会阴而不是腔内进入。因此，系统不适合于TRUS引导的LRP，且近距离放射疗法或活组织检查针头插入的点必须仍然基于外科医师经验来确定。因此，在本领域中需要机器人超声操纵器，其具有更紧凑的配置来便于近距离放射疗法、针吸活组织检查、图像引导的LRP和超声弹性成像，并允许从业者在癌治疗下可视化区域的3D重建。概述根据本专利技术的第一方面，在外科手术和医学干预期间提供导航的方法包括提供机器人装置来与适合于作为基准标记的至少一个医疗仪器合作地操纵超声成像换能器，扫描所关注的区域并使用超声成像换能器测量其中至少一个解剖特征的至少一个参数，在外科手术和干预期间使用链接到机器人装置的可编程计算机跟踪成像换能器的位置，应用从跟踪换能器得到的信息以构建所关注的区域的至少一个三维模型(在该至少一个三维模型中，医疗仪器可在外科手术或干预期间被可视化)，以及使用从至少一个三维模型得到的信息操纵在所关注的区域周围 的医疗仪器。根据本专利技术的第二方面，用于定位至少一个成像探头的机器人装置包括:支承臂；操作地连接到支承臂的运动模块遥控中心，运动模块遥控中心具有构造有皮带并具有至少两个旋转自由度的平行四边形结构；以及操作地连接到运动模块遥控中心的驱动器模块，驱动器模块用于以至少一个自由度操纵成像探头，驱动器模块提供绕着第一旋转轴的一个自由度和/或沿着第二轴平移的一个线性自由度。根据本专利技术的第三方面，用于执行超声引导干预的装置包括提供至少两个旋转自由度的运动模块遥控中心和提供至少一个自由度的用于操纵成像探头的驱动器模块，驱动器模块提供绕着第一旋转轴的一个自由度和/或沿着与末端执行器的纵轴对齐的第二轴平移的一个线性自由度，且驱动器模块还包括旋转导向装置和轨道，轨道几何结构允许额外的医疗仪器相邻于成像探头而被定位。根据本专利技术的第四方面，用于在患者的身体周围执行超声弹性成像的机器人装置包括:提供至少两个旋转自由度的运动模块遥控中心；提供至少一个自由度的用于操纵超声换能器的驱动器模块，驱动器模块提供绕着第一旋转轴的一个自由度和/或沿着与超声换能器的纵轴对齐的第二轴平移的一个线性自由度；以及用于控制用于触诊所关注的解剖区域的超声换能器的重复的压缩和回缩的可编程计算机系统。根据本专利技术的第五方面，用于对患者执行针吸活组织检查的机器人装置包括:提供至少两个旋转自由度的运动模块遥控中心；提供至少一个自由度的用于操纵活组织检查针头的驱动器模块，驱动器模块提供用于操作活组织检查针头的至少一个自由度，驱动器模块提供沿着轴平移的一个线性自由度；以及用于控制活组织检查针头的插入和回缩以从所关注的解剖区域得到组织样本的可编程计算机系统。附图的简要说明附图提供直观表示，其将用于更完全地描述本文公开的代表性实施方式，并可由本领域技术人员使用来更好地理解它们及其内在优点。在这些附图中，相似的参考数字标识相应的元件，以及:附图说明图1示出根据本专利技术的特征的示例性设备的运动系统图。图2示出根据本专利技术的特征的另一示例性设备的运动系统图。图3 Ca)示出根据本专利技术的特征的实现Z-Y-X欧拉角的RCM机构的图形表示。图3 (b)示出根据本专利技术的特征的在固定基础参考系{B}中的工具参考系{T}的固定参考系X-Y-Z旋转的图形表示。图4示出根据本专利技术的特征的示例性设备的部分的透视图。图5示出根据本专利技术的特征的示例性设备的部分的侧立视图。 图6示出根据本专利技术的特征的示例性设备的驱动器模块的分解图。图7示出具有根据图6的示例性设备的驱动器模块的编码器的基部保持架。图8示出根据本专利技术的特征的又一示例性设备的透视图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹·斯托亚诺维奇，多鲁·彼得里绍尔，菲利克斯·谢弗，金天祐，米索·韩，
申请(专利权)人：约翰霍普金斯大学，
类型：
国别省市：